JP3278407B2 - 投影露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
投影露光装置及びデバイス製造方法Info
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
- G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
- G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03B27/32—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
デバイス製造方法に関し、特に、大気圧変化による投影
光学系の光学特性の変化を補正又は小さくできる機能を
備えた投影露光装置及びこのような投影露光装置を用い
て半導体チップや液晶素子や撮像素子や磁気センサ等の
デバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
デバイス製造方法に関し、特に、大気圧変化による投影
光学系の光学特性の変化を補正又は小さくできる機能を
備えた投影露光装置及びこのような投影露光装置を用い
て半導体チップや液晶素子や撮像素子や磁気センサ等の
デバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】投影露光装置の投影光学系は通常レンズ
に代表される屈折光学素子を備えており、大気圧変化に
よる投影光学系の光学素子間の空気の圧力変化によって
空気自身の屈折率が変化し、硝材と空気の相対屈折率が
変化する。このため投影光学系のピント位置、投影倍
率、歪曲収差、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾
曲などの光学特性が変化する。
に代表される屈折光学素子を備えており、大気圧変化に
よる投影光学系の光学素子間の空気の圧力変化によって
空気自身の屈折率が変化し、硝材と空気の相対屈折率が
変化する。このため投影光学系のピント位置、投影倍
率、歪曲収差、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾
曲などの光学特性が変化する。
【０００３】そこで特開平１−１２３２３８号公報や特
開平８−３０５０３４号公報が示す投影露光装置は、投
影光学系に用いている屈折光学素子の全てを同じ硝材
（溶融石英）で構成し、露光用のＫｒＦエキシマレーザ
ー光（波長248nm）の波長を変化させて硝材の屈折率を
変えることによって大気圧変化による硝材と空気の相対
屈折率の変化を補正し、前述の光学特性を全て補正して
いる。
開平８−３０５０３４号公報が示す投影露光装置は、投
影光学系に用いている屈折光学素子の全てを同じ硝材
（溶融石英）で構成し、露光用のＫｒＦエキシマレーザ
ー光（波長248nm）の波長を変化させて硝材の屈折率を
変えることによって大気圧変化による硝材と空気の相対
屈折率の変化を補正し、前述の光学特性を全て補正して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
ＡｒＦエキシマレーザー光（波長193nm）を用いる投影
露光装置のように、より微細なデバイスパターンを基板
のレジストに投影する必要があり、そのために投影光学
系の複数の屈折光学素子に溶融石英と蛍石といった二種
類以上の硝材を用いて色収差を補正している場合は、そ
れぞれの硝材の屈折率や分散が互いに異なるためにレー
ザー光の波長を変化させてそれぞれの硝材の屈折率を変
えても大気圧変化による硝材と空気の相対屈折率の変化
をすべての硝材について補正することはできず、そのた
め前述の光学特性の変化を良好に補正することができな
い。尚、二種類以上の硝材を用いた投影光学系を用いる
場合に関しては上記特開平１０−３０５０３４号で簡単
に言及されている。
ＡｒＦエキシマレーザー光（波長193nm）を用いる投影
露光装置のように、より微細なデバイスパターンを基板
のレジストに投影する必要があり、そのために投影光学
系の複数の屈折光学素子に溶融石英と蛍石といった二種
類以上の硝材を用いて色収差を補正している場合は、そ
れぞれの硝材の屈折率や分散が互いに異なるためにレー
ザー光の波長を変化させてそれぞれの硝材の屈折率を変
えても大気圧変化による硝材と空気の相対屈折率の変化
をすべての硝材について補正することはできず、そのた
め前述の光学特性の変化を良好に補正することができな
い。尚、二種類以上の硝材を用いた投影光学系を用いる
場合に関しては上記特開平１０−３０５０３４号で簡単
に言及されている。
【０００５】本発明の目的は、二種類以上の硝材を用い
た複数の屈折光学素子を有する投影光学系の大気圧変化
による光学特性の変化を小さくすることができる投影露
光装置やこの投影露光装置を用いるデバイス製造方法と
を提供することにある。
た複数の屈折光学素子を有する投影光学系の大気圧変化
による光学特性の変化を小さくすることができる投影露
光装置やこの投影露光装置を用いるデバイス製造方法と
を提供することにある。
【０００６】本発明の目的は、二種類以上の硝材を用い
た複数の屈折光学素子を有する投影光学系の大気圧変化
による光学特性の変化を実質的に補正（ゼロ又はパター
ンの解像に問題が生じない程度まで）することができる
投影露光装置やこの投影露光装置を用いるデバイス製造
方法とを提供することにある。
た複数の屈折光学素子を有する投影光学系の大気圧変化
による光学特性の変化を実質的に補正（ゼロ又はパター
ンの解像に問題が生じない程度まで）することができる
投影露光装置やこの投影露光装置を用いるデバイス製造
方法とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明は、エキシマレーザーからの波長が２５０
ｎｍ以下のレーザー光で照明されたマスクのパターンを
二種類以上の硝材を用いた複数の屈折光学素子を有する
投影光学系によって基板上に投影する投影露光装置にお
いて、大気圧の変化を検出する検出手段と、該検出手段
の出力に応じて前記レーザー光の波長を変える手段を有
し、前記レーザー光の波長を変えることによって前記大
気圧の変化による前記投影光学系の所定の光学特性の変
化が実質的に補正されるように、前記投影光学系の前記
複数の屈折光学素子間の空間（複数有る）を屈折率が約
１の二種類以上の気体で満たし且つ各気体の圧力が前記
大気圧と同一又はほぼ同一になるようにしたことを特徴
とする。
め、本願発明は、エキシマレーザーからの波長が２５０
ｎｍ以下のレーザー光で照明されたマスクのパターンを
二種類以上の硝材を用いた複数の屈折光学素子を有する
投影光学系によって基板上に投影する投影露光装置にお
いて、大気圧の変化を検出する検出手段と、該検出手段
の出力に応じて前記レーザー光の波長を変える手段を有
し、前記レーザー光の波長を変えることによって前記大
気圧の変化による前記投影光学系の所定の光学特性の変
化が実質的に補正されるように、前記投影光学系の前記
複数の屈折光学素子間の空間（複数有る）を屈折率が約
１の二種類以上の気体で満たし且つ各気体の圧力が前記
大気圧と同一又はほぼ同一になるようにしたことを特徴
とする。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】又、本発明のデバイス製造方法は、ウエハ
にレジストを塗布する段階と、このウエハのレジストを
上記の本発明の投影露光装置によりマスクのデバイスパ
ターンの像で感光させる段階と、前記デバイスパターン
像でレジストを感光したウエハを現像する段階とを有す
ることを特徴としている。
にレジストを塗布する段階と、このウエハのレジストを
上記の本発明の投影露光装置によりマスクのデバイスパ
ターンの像で感光させる段階と、前記デバイスパターン
像でレジストを感光したウエハを現像する段階とを有す
ることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示す
概略図である。
概略図である。
【００１５】図１において、マスクやレチクル101（以
下、「マスク101」と記す）に描かれている半導体チッ
プ（ＩＣ，ＬＳＩ）回路の原画（以下、「回路パター
ン」と記す）は不図示の照明系によりＡｒＦエキシマレ
ーザー光（波長193nm）で、照度分布が均一になるよう
に照明され、回路パターンの像が、投影光学系105によ
り、レジストが塗布されたウエハー103上に投影され
る。この回路パターン像には0.2μｍ以下の微細な線幅
のパターン像が含まれている。ウエハー103は投影光学
系105の光軸方向及びこの方向に直交する所望の方向に
移動可能である。
下、「マスク101」と記す）に描かれている半導体チッ
プ（ＩＣ，ＬＳＩ）回路の原画（以下、「回路パター
ン」と記す）は不図示の照明系によりＡｒＦエキシマレ
ーザー光（波長193nm）で、照度分布が均一になるよう
に照明され、回路パターンの像が、投影光学系105によ
り、レジストが塗布されたウエハー103上に投影され
る。この回路パターン像には0.2μｍ以下の微細な線幅
のパターン像が含まれている。ウエハー103は投影光学
系105の光軸方向及びこの方向に直交する所望の方向に
移動可能である。
【００１６】図1における不図示の照明系はＡｒＦエキ
シマレーザー光の波長が可変であり、この波長可変照明
系やこれを制御する制御系は前述の特開平１−１２３２
３８号公報又は特開平８−３０５０３４号公報に記載さ
れたものと基本的に同じものを用いることができ、ここ
では詳細に説明しない。
シマレーザー光の波長が可変であり、この波長可変照明
系やこれを制御する制御系は前述の特開平１−１２３２
３８号公報又は特開平８−３０５０３４号公報に記載さ
れたものと基本的に同じものを用いることができ、ここ
では詳細に説明しない。
【００１７】ＡｒＦエキシマレーザー光の波長はレーザ
共振器内の回折格子やエタロンやプリズム等の分光素子
又は共振用のミラーを回転させることにより変えること
ができ、このときの回転角は、コンピューターによっ
て、大気圧の変化を検出する気圧計の出力に応じて所定
のプログラムに基いて求める。
共振器内の回折格子やエタロンやプリズム等の分光素子
又は共振用のミラーを回転させることにより変えること
ができ、このときの回転角は、コンピューターによっ
て、大気圧の変化を検出する気圧計の出力に応じて所定
のプログラムに基いて求める。
【００１８】図１において、投影光学系105は屈折光学
素子であるレンズを多数個有しており、この多数個のレ
ンズのレンズとレンズの間の空間はヘリウムガスか窒素
ガスで、少なくとも１つの空間が他の少なくとも１つの
空間のガスとは種類や屈折率が異なるガスを有するよう
に、満たされている。また、投影光学系105はレンズの
硝材として溶融石英と蛍石の二種類を用いている。
素子であるレンズを多数個有しており、この多数個のレ
ンズのレンズとレンズの間の空間はヘリウムガスか窒素
ガスで、少なくとも１つの空間が他の少なくとも１つの
空間のガスとは種類や屈折率が異なるガスを有するよう
に、満たされている。また、投影光学系105はレンズの
硝材として溶融石英と蛍石の二種類を用いている。
【００１９】図１の投影光学系105は、レンズ111からレ
ンズ113までのレンズとレンズの間（空気間隔121、空気
間隔122）のそれぞれの空間がヘリウムガスで満たさ
れ、レンズ113からレンズ114までのレンズとレンズの間
（空気間隔123）が窒素ガスで満たされ、レンズ114から
レンズ115までのレンズとレンズの間（空気間隔124）は
ヘリウムガスで満たされている。
ンズ113までのレンズとレンズの間（空気間隔121、空気
間隔122）のそれぞれの空間がヘリウムガスで満たさ
れ、レンズ113からレンズ114までのレンズとレンズの間
（空気間隔123）が窒素ガスで満たされ、レンズ114から
レンズ115までのレンズとレンズの間（空気間隔124）は
ヘリウムガスで満たされている。
【００２０】レンズとレンズの間の空間に充填されてい
る二種類のガス（気体）、即ちヘリウムガスと窒素ガス
は、露光光としてのＡｒＦエキシマレーザー光に基く不
必要な化学反応を避けるために比較的安定している不活
性ガスのうちレーザー光の波長を変えることによって投
影光学系の光学特性の変化を補正又は十分に小さくする
ために互いに屈折率の差が大きいガスであって且つ又比
較的安価に手に入るガスとして選ばれている。
る二種類のガス（気体）、即ちヘリウムガスと窒素ガス
は、露光光としてのＡｒＦエキシマレーザー光に基く不
必要な化学反応を避けるために比較的安定している不活
性ガスのうちレーザー光の波長を変えることによって投
影光学系の光学特性の変化を補正又は十分に小さくする
ために互いに屈折率の差が大きいガスであって且つ又比
較的安価に手に入るガスとして選ばれている。
【００２１】図1において、ヘリウムガスは、ガスボン
ベ131により供給され、可変バルブ132によりその流量を
制御された後、パイプ141を通して空気間隔121の空間へ
導入される。空気間隔121の空間と空気間隔122の空間は
パイプ142によりつながっており、このパイプ142を通し
て空気間隔121の空間のヘリウムガスが空気間隔122の空
間に導入される。
ベ131により供給され、可変バルブ132によりその流量を
制御された後、パイプ141を通して空気間隔121の空間へ
導入される。空気間隔121の空間と空気間隔122の空間は
パイプ142によりつながっており、このパイプ142を通し
て空気間隔121の空間のヘリウムガスが空気間隔122の空
間に導入される。
【００２２】更に、空気間隔122の空間と空気間隔124の
空間はパイプ143によりつながっており、このパイプ143
を通して空気間隔122の空間のヘリウムガスが空気間隔1
24の空間に導入される。これらの空気間隔121,122,124
の各空間は最終的にパイプ144により外気即ち大気に開
放されており、従って空気間隔121,122,124の各空間内
とパイプ142,143内のヘリウムガスの圧力は大気圧と等
しく保たれており、大気圧の変化によりその圧力も変化
する。
空間はパイプ143によりつながっており、このパイプ143
を通して空気間隔122の空間のヘリウムガスが空気間隔1
24の空間に導入される。これらの空気間隔121,122,124
の各空間は最終的にパイプ144により外気即ち大気に開
放されており、従って空気間隔121,122,124の各空間内
とパイプ142,143内のヘリウムガスの圧力は大気圧と等
しく保たれており、大気圧の変化によりその圧力も変化
する。
【００２３】窒素ガスは、ガスボンベ133により供給さ
れ、可変バルブ134によりその流量を制御された後、パ
イプ145を通して空気間隔123の空間へ導入される。又、
空気間隔123の空間は最終的にパイプ146により外気即ち
大気に開放されており、空気間隔123の空間内とパイプ1
45の窒素ガスの圧力は大気圧と等しく保たれてており、
大気圧の変化によりその圧力も変化する。
れ、可変バルブ134によりその流量を制御された後、パ
イプ145を通して空気間隔123の空間へ導入される。又、
空気間隔123の空間は最終的にパイプ146により外気即ち
大気に開放されており、空気間隔123の空間内とパイプ1
45の窒素ガスの圧力は大気圧と等しく保たれてており、
大気圧の変化によりその圧力も変化する。
【００２４】このように、投影光学系のレンズとレンズ
の間の空気間隔を満たす不活性ガスの圧力がいつも大気
圧と同じ又はほぼ同じになるように設定してあるので、
鏡筒構造を複雑化、強化することなく鏡筒内部に不活性
ガスを充填することができる。
の間の空気間隔を満たす不活性ガスの圧力がいつも大気
圧と同じ又はほぼ同じになるように設定してあるので、
鏡筒構造を複雑化、強化することなく鏡筒内部に不活性
ガスを充填することができる。
【００２５】本実施施形態の投影露光装置は、以上の如
き構成を有するので、投影光学系105が溶融石英と蛍石
の二種類の硝材を用いた複数のレンズを有していても、
気圧計の出力（大気圧変化）に応じてエキシマレーザー
光の波長を変えることにより投影光学系105の大気圧変
化（不活性ガスの圧力変化）による光学特性の変化を補
正でき、装置の性能を低下させることがない。
き構成を有するので、投影光学系105が溶融石英と蛍石
の二種類の硝材を用いた複数のレンズを有していても、
気圧計の出力（大気圧変化）に応じてエキシマレーザー
光の波長を変えることにより投影光学系105の大気圧変
化（不活性ガスの圧力変化）による光学特性の変化を補
正でき、装置の性能を低下させることがない。
【００２６】図２は投影光学系105の実施例を示すレン
ズ断面図である。この実施例の投影光学系は、設計波長
が193nm、投影倍率が1/4倍、開口数が0.60、像面サイズ
がφ20mmであり、蛍石と溶融石英の二種類の硝材を用い
て色収差の補正を行なっている。
ズ断面図である。この実施例の投影光学系は、設計波長
が193nm、投影倍率が1/4倍、開口数が0.60、像面サイズ
がφ20mmであり、蛍石と溶融石英の二種類の硝材を用い
て色収差の補正を行なっている。
【００２７】図2の投影光学系は、本発明の技術思想に
基き設計されており、マスクのパターン面から最初のレ
ンズまでの間の空間は空気、第１レンズから第レンズ１
３の間の各空間はヘリウムガス、開口絞りの近傍にある
第１３レンズから第１４レンズの間の空間は窒素ガス、
第１４レンズから第２１レンズの間の各空間はヘリウム
ガス、第２１レンズからウエハー面の空間は空気が満た
される状況で最良の結像性能が得られるように設計され
ている。
基き設計されており、マスクのパターン面から最初のレ
ンズまでの間の空間は空気、第１レンズから第レンズ１
３の間の各空間はヘリウムガス、開口絞りの近傍にある
第１３レンズから第１４レンズの間の空間は窒素ガス、
第１４レンズから第２１レンズの間の各空間はヘリウム
ガス、第２１レンズからウエハー面の空間は空気が満た
される状況で最良の結像性能が得られるように設計され
ている。
【００２８】図２の投影光学系のレンズデータを表１に
示す。
示す。
【００２９】表１が示す通り、この投影光学系は第5レ
ンズから第１０レンズと、第１４レンズから第１９レン
ズと、第２１レンズとが蛍石より成り、第１レンズから
第４レンズと第１１レンズから第１３レンズと第２０レ
ンズとが溶融石英から成り、第１３レンズである石英レ
ンズと第１４レンズである蛍石レンズ間の空気間隔の空
間に窒素ガスを充填し、他の全ての空気間隔の区間にヘ
リウムガスを充填している。
ンズから第１０レンズと、第１４レンズから第１９レン
ズと、第２１レンズとが蛍石より成り、第１レンズから
第４レンズと第１１レンズから第１３レンズと第２０レ
ンズとが溶融石英から成り、第１３レンズである石英レ
ンズと第１４レンズである蛍石レンズ間の空気間隔の空
間に窒素ガスを充填し、他の全ての空気間隔の区間にヘ
リウムガスを充填している。
【００３０】この投影光学系の結像性能を示すために、
その縦収差を図３Ａに示す。
その縦収差を図３Ａに示す。
【００３１】この投影光学系の各レンズに関しての気圧
が変化した時の屈折率と波長が変化した時の屈折率を表
２に示す。表２を得る際は波長の変化が十分小さくて波
長が変化した時のレンズ（硝材）の屈折率の変化が波長
の変化に比例するとして計算を行なった。ヘリウムガス
や窒素ガスの屈折率が波長が変化しても変化していない
のは屈折率の変化量が有効桁数以下の非常に小さい値で
あるからである。
が変化した時の屈折率と波長が変化した時の屈折率を表
２に示す。表２を得る際は波長の変化が十分小さくて波
長が変化した時のレンズ（硝材）の屈折率の変化が波長
の変化に比例するとして計算を行なった。ヘリウムガス
や窒素ガスの屈折率が波長が変化しても変化していない
のは屈折率の変化量が有効桁数以下の非常に小さい値で
あるからである。
【００３２】本実施例のように投影光学系の空気間隔の
空間にヘリウムガスと窒素ガスとを充填（パージ）した
ものの効果を示すために以下に２つの比較例を示す。
空間にヘリウムガスと窒素ガスとを充填（パージ）した
ものの効果を示すために以下に２つの比較例を示す。
【００３３】第１の比較例は投影光学系の全ての空気間
隔の空間に窒素ガスを充填（パージ）したもの、第２の
比較例は投影光学系内の全ての空気間隔の空間にヘリウ
ムガスを充填（パージ）したものである。因みに投影光
学系内の全ての空気間隔の空間にヘリウムガスを充填す
る形態は特公平６−３８３８８号公報に示されている。
隔の空間に窒素ガスを充填（パージ）したもの、第２の
比較例は投影光学系内の全ての空気間隔の空間にヘリウ
ムガスを充填（パージ）したものである。因みに投影光
学系内の全ての空気間隔の空間にヘリウムガスを充填す
る形態は特公平６−３８３８８号公報に示されている。
【００３４】第１、第２比較例の投影光学系は双方と
も、本実施例の投影光学系とほぼ同じ構成を有し、設計
波長に関する結像性能も本実施例の投影光学系と同等で
ある。
も、本実施例の投影光学系とほぼ同じ構成を有し、設計
波長に関する結像性能も本実施例の投影光学系と同等で
ある。
【００３５】第１の比較例に関して、図４Ａにレンズ断
面図を、表３Ａにレンズデータを、図５Ａに縦収差図を
示し、第２の比較例に関して、図４Ｂにレンズ断面図
を、表３Ｂに設計値を、図５Ｂに縦収差図を示す。
面図を、表３Ａにレンズデータを、図５Ａに縦収差図を
示し、第２の比較例に関して、図４Ｂにレンズ断面図
を、表３Ｂに設計値を、図５Ｂに縦収差図を示す。
【００３６】本実施例の効果を示すのが表４である。表
４は、大気圧の変化が無い時の投影光学系の収差と、大
気圧の変化が+50hPa起こった時に投影光学系に生じる収
差を補正するためにレーザー光の波長を変更した場合の
収差と、両収差の差即ち大気圧が+50hPa 変化した時に
レーザー光の波長を変化させることによって大気圧変化
による収差変化を補正した場合の残存収差（補正残差）
とを示している。
４は、大気圧の変化が無い時の投影光学系の収差と、大
気圧の変化が+50hPa起こった時に投影光学系に生じる収
差を補正するためにレーザー光の波長を変更した場合の
収差と、両収差の差即ち大気圧が+50hPa 変化した時に
レーザー光の波長を変化させることによって大気圧変化
による収差変化を補正した場合の残存収差（補正残差）
とを示している。
【００３７】表４の計算例では、本実施形態において
は、大気圧変化による収差変化を補正するための波長の
変化量は大気圧変化による球面収差（の変化）を補正す
る（ゼロにする）ように決めた。
は、大気圧変化による収差変化を補正するための波長の
変化量は大気圧変化による球面収差（の変化）を補正す
る（ゼロにする）ように決めた。
【００３８】表４が示す通り、第１の比較例である全て
の空気間隔の空間に窒素ガスをパージした投影光学系の
コマ収差の補正残差は-0.264λであるのに対し、第２の
比較例である全ての空気間隔の空間にヘリウムガスをパ
ージした投影光学系のコマ収差の補正残差は-0.066λで
第１の比較例と比べて1/4に減っている。
の空気間隔の空間に窒素ガスをパージした投影光学系の
コマ収差の補正残差は-0.264λであるのに対し、第２の
比較例である全ての空気間隔の空間にヘリウムガスをパ
ージした投影光学系のコマ収差の補正残差は-0.066λで
第１の比較例と比べて1/4に減っている。
【００３９】しかしながら、コマ収差の変化量が0.066
λという値は、図１の投影露光装置のように0.2μｍ以
下の微細な像を投影する場合は問題になる量である。
λという値は、図１の投影露光装置のように0.2μｍ以
下の微細な像を投影する場合は問題になる量である。
【００４０】これに対し本実施例のコマ収差の補正残差
は-0.022λで、第１の比較例と比べて1/12に減ってお
り、第２の比較例と比べても1/3に減っている。また本
実施例では、倍率や像面湾曲等の補正残差も比較例１、
２の場合より減っている。
は-0.022λで、第１の比較例と比べて1/12に減ってお
り、第２の比較例と比べても1/3に減っている。また本
実施例では、倍率や像面湾曲等の補正残差も比較例１、
２の場合より減っている。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】本実施形態においては、気圧変化による光
学特性の変化を補正するための露光光の波長の変化量は
球面収差の変化をゼロまで（ゼロでなくても良い）補正
するように設定していたが、この波長変化量は球面収差
以外の光学特性の変化例えばコマ収差や像面湾曲非点収
差や歪曲収差等の他の収差の変化、或いは球面収差とコ
マ収差と像面湾曲と非点収差と歪曲収差のうちの複数の
収差の変化、を補正したり十分に小さくするように設定
しても良い。
学特性の変化を補正するための露光光の波長の変化量は
球面収差の変化をゼロまで（ゼロでなくても良い）補正
するように設定していたが、この波長変化量は球面収差
以外の光学特性の変化例えばコマ収差や像面湾曲非点収
差や歪曲収差等の他の収差の変化、或いは球面収差とコ
マ収差と像面湾曲と非点収差と歪曲収差のうちの複数の
収差の変化、を補正したり十分に小さくするように設定
しても良い。
【００４６】即ち、この波長変化量は、特定の一つの光
学特性の変化量を十分に補正したり十分に小さくするよ
うに設定するのではなく、複数の光学特性、例えば複数
種の収差を補正したり十分に小さくするために最適な波
長変化量を選択しても良いのである。
学特性の変化量を十分に補正したり十分に小さくするよ
うに設定するのではなく、複数の光学特性、例えば複数
種の収差を補正したり十分に小さくするために最適な波
長変化量を選択しても良いのである。
【００４７】本実施形態は投影光学系のどの空気間隔の
空間にどのような不活性ガス（気体）を充填するかを全
体的に収差の補正残差が小さくなるように決めたが、別
の収差補正手段により補正できる収差がある場合は、不
活性ガスの種類と充填箇所を決める際に、別の収差補正
手段のある収差の補正残差は考慮せずに、別の収差補正
手段の無い収差の補正残差を考慮する（収差を補正す
る）ようにしても良い。
空間にどのような不活性ガス（気体）を充填するかを全
体的に収差の補正残差が小さくなるように決めたが、別
の収差補正手段により補正できる収差がある場合は、不
活性ガスの種類と充填箇所を決める際に、別の収差補正
手段のある収差の補正残差は考慮せずに、別の収差補正
手段の無い収差の補正残差を考慮する（収差を補正す
る）ようにしても良い。
【００４８】例えば、特開平７−９２４２４号公報の投
影露光装置のように投影光学系の球面収差を補正する補
正光学系を備える場合や、特開平２−８１０１９号公報
と特開平３−８８３１７号公報の投影露光装置のように
投影光学系の投影倍率や歪曲収差を補正する補正光学系
を備える場合や、特開平１０−２７７４３号公報や特開
平１０−２４２０４８号公報の投影露光装置のように投
影光学系の軸上及び軸外非点収差を補正する補正光学系
を有する場合や、特開平８−２２９５１号公報の投影露
光装置のようにコマ収差を補正する補正光学系を有する
場合や、特開平１０−２４２０４８号公報の投影露光装
置のように、像面湾曲を補正する補正光学系を有する場
合には、それぞれの補正系により対応する収差等の光学
特性を補正できるので、補正系を有する光学特性につい
ては大気圧変化やレーザ光の波長変化によってこの光学
特性が変化しても構わず、補正系を有していない他の光
学特性（一種又は複数種の収差）の補正残差を抑えるよ
うに不活性ガスの種類と充填箇所を決めた方が良い。
影露光装置のように投影光学系の球面収差を補正する補
正光学系を備える場合や、特開平２−８１０１９号公報
と特開平３−８８３１７号公報の投影露光装置のように
投影光学系の投影倍率や歪曲収差を補正する補正光学系
を備える場合や、特開平１０−２７７４３号公報や特開
平１０−２４２０４８号公報の投影露光装置のように投
影光学系の軸上及び軸外非点収差を補正する補正光学系
を有する場合や、特開平８−２２９５１号公報の投影露
光装置のようにコマ収差を補正する補正光学系を有する
場合や、特開平１０−２４２０４８号公報の投影露光装
置のように、像面湾曲を補正する補正光学系を有する場
合には、それぞれの補正系により対応する収差等の光学
特性を補正できるので、補正系を有する光学特性につい
ては大気圧変化やレーザ光の波長変化によってこの光学
特性が変化しても構わず、補正系を有していない他の光
学特性（一種又は複数種の収差）の補正残差を抑えるよ
うに不活性ガスの種類と充填箇所を決めた方が良い。
【００４９】本実施形態では、投影光学系の空気間隔の
相異なる空間に充填する気体はヘリウムガスと窒素ガス
の二種類の不活性ガスを用いたが、これら以外の二種類
の不活性ガスを用いても構わないし、全部で三種類以上
の不活性ガスを用いても構わない。また、空気と一種又
は複数種の不活性ガスを用いることもできる。
相異なる空間に充填する気体はヘリウムガスと窒素ガス
の二種類の不活性ガスを用いたが、これら以外の二種類
の不活性ガスを用いても構わないし、全部で三種類以上
の不活性ガスを用いても構わない。また、空気と一種又
は複数種の不活性ガスを用いることもできる。
【００５０】又、それぞれの空気間隔の空間に充填する
気体は、一種類から成るものに限定されず、例えばヘリ
ウムと窒素を混合したガスのように複数種の気体を有す
る混合ガスでも構わない。
気体は、一種類から成るものに限定されず、例えばヘリ
ウムと窒素を混合したガスのように複数種の気体を有す
る混合ガスでも構わない。
【００５１】本実施形態の投影光学系は一ヶ所の空気間
隔の空間に窒素ガスを充填し、残りの全ての空気間隔の
空間にヘリウムガスを充填していたが、窒素ガスの充填
箇所（空気間隔空間）が複数箇所に成るような系も構成
できる。
隔の空間に窒素ガスを充填し、残りの全ての空気間隔の
空間にヘリウムガスを充填していたが、窒素ガスの充填
箇所（空気間隔空間）が複数箇所に成るような系も構成
できる。
【００５２】本実施形態の投影光学系としては、複数の
レンズより成る光学系以外に、複数のレンズと凹面鏡を
備える光学系が使用可能である。
レンズより成る光学系以外に、複数のレンズと凹面鏡を
備える光学系が使用可能である。
【００５３】以上説明した各実施例は、光源としてＡｒ
Ｆエキシマレーザを用いるものであったが、光源とし
て、波長２５０ｎｍ以下の露光光を供給する、例えばＫ
ｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）等を用い、設
計波長をこの光源の波長とした投影光学系を用いる場合
にも本発明は適用できる。
Ｆエキシマレーザを用いるものであったが、光源とし
て、波長２５０ｎｍ以下の露光光を供給する、例えばＫ
ｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）等を用い、設
計波長をこの光源の波長とした投影光学系を用いる場合
にも本発明は適用できる。
【００５４】本実施形態の投影露光装置はステップアン
ドリピート型のステッパー又はステップアンドスキャン
型のステッパーに適用できる。
ドリピート型のステッパー又はステップアンドスキャン
型のステッパーに適用できる。
【００５５】図６は半導体デバイスの製造フローを、図
７は図６のウエハプロセスのフローを示す図であり、上
記各実施形態の投影露光装置を図７の「露光」工程で用
いることによって、大気圧が変化してもデバイスパター
ン像のうちの0.2μｍ以下の微細な線幅のパターン像さ
えも解像できるので、極めて集積度の高い半導体デバイ
スが得られる。
７は図６のウエハプロセスのフローを示す図であり、上
記各実施形態の投影露光装置を図７の「露光」工程で用
いることによって、大気圧が変化してもデバイスパター
ン像のうちの0.2μｍ以下の微細な線幅のパターン像さ
えも解像できるので、極めて集積度の高い半導体デバイ
スが得られる。
【００５６】
【発明の効果】以上、本発明によれば、大気圧変化によ
る投影光学系の光学特性の変化を実質的に補正でき、従
って大気圧が変化しても例えば0.2μｍ以下の微細な線
幅のパターン像さえも解像できる投影露光装置やデバイ
ス製造方法を提供できる。
る投影光学系の光学特性の変化を実質的に補正でき、従
って大気圧が変化しても例えば0.2μｍ以下の微細な線
幅のパターン像さえも解像できる投影露光装置やデバイ
ス製造方法を提供できる。
【図１】本発明の投影露光装置の一実施形態を示す概略
図である。
図である。
【図２】図１の投影光学系１０５の一例を示すレンズ断
面図である。
面図である。
【図３】図２と表１とで示す投影光学系の縦収差を示す
図である。
図である。
【図４】図２と表１とで示す投影光学系の効果を示すた
めに設計を行なった比較例の投影光学系のレンズ断面図
で、図４Ａが第１の比較例のレンズ断面図、図４Ｂが第
２の比較例のレンズ断面図である。
めに設計を行なった比較例の投影光学系のレンズ断面図
で、図４Ａが第１の比較例のレンズ断面図、図４Ｂが第
２の比較例のレンズ断面図である。
【図５】図４が示す第１、第２の比較例の縦収差を示す
図で、図５Ａが第１の比較例の縦収差図、図５Ｂが第２
の比較例の縦収差図である。
図で、図５Ａが第１の比較例の縦収差図、図５Ｂが第２
の比較例の縦収差図である。
【図６】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図７】図６のウエハプロセスを示す図である。
１０１ マスク １０２ マスクステージ １０３ ウエハー １０４ ウエハーステージ １０５ 投影光学系 １１１，１１２，１１３，１１４，１１５ レンズ １２１，１２２，１２３，１２４ 空気間隔 １３１ ヘリウムのガスボンベ １３２，１３４ バルブ １３３ 窒素のガスボンベ １４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６ 気
体を通すパイプ
体を通すパイプ
Claims (18)
- 【請求項１】 エキシマレーザーからの波長が２５０ｎ
ｍ以下のレーザー光で照明されたマスクのパターンを二
種類以上の硝材を用いた複数の屈折光学素子を有する投
影光学系によって基板上に投影する投影露光装置におい
て、大気圧の変化を検出する検出手段と、該検出手段の
出力に応じて前記レーザー光の波長を変える手段を有
し、前記レーザー光の波長を変えることによって前記大
気圧の変化による前記投影光学系の所定の光学特性の変
化が実質的に補正されるように、前記投影光学系の前記
複数の屈折光学素子間の空間を屈折率が約１の二種類以
上の気体で満たし且つ各気体の圧力が前記大気圧と同一
又はほぼ同一になるようにしたことを特徴とする投影露
光装置。 - 【請求項２】 前記複数の屈折光学素子はＳｉＯ２とＣ
ａＦ２より成ることを特徴とする請求項１に記載の投影
露光装置。 - 【請求項３】 前記互いに異なる気体は、それぞれ不活
性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の投影露
光装置。 - 【請求項４】 前記光学特性は球面収差、コマ収差、歪
曲収差、非点収差、像面湾曲のうちの一又は複数の収差
であること特徴とする請求項１記載の投影露光装置。 - 【請求項５】 前記レーザ光の波長が２００ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項６】 前記二種類以上の気体はヘリウムと窒素
であることを特徴とする請求項１−５に記載の投影露光
装置。 - 【請求項７】 前記二種類以上の気体は、互いに異なる
硝材より成る２つの屈折光学素子の間の空間に満たされ
ることを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。 - 【請求項８】 前記投影光学系の開口絞りの近傍にある
一つの空間のみに前記窒素が満してあり、残りの全ての
空間に前記ヘリウムが満たしてあることを特徴とする請
求項７に記載の投影露光装置。 - 【請求項９】 前記二種類以上の気体は、それぞれ、単
一種類の気体のみ又は複数種類の気体の混合物より成る
ことを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項１０】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系の光学特性の内の球面収差を補正するための補
正光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の投
影露光装置。 - 【請求項１１】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系の光学特性の内のピント位置を実質的に補正す
るために前記基板を前記投影光学系の光軸方向に移動さ
せる駆動機構を有することを特徴とする請求項１に記載
の投影露光装置。 - 【請求項１２】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系の投影倍率を補正するための補正光学系を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項１３】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系の歪曲収差を補正するための補正光学系を有す
ることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項１４】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系の非点収差を補正する補正光学系を有すること
を特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項１５】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系の像面湾曲を補正する補正光学系を有すること
を特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項１６】 前記大気圧変化により変化する前記投
影光学系のコマ収差を補正する補正光学系を有すること
を特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。 - 【請求項１７】 前記互いに異なる気体の圧力が互いに
異なることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装
置。 - 【請求項１８】 ウエハにレジストを塗布する段階と、
前記ウエハのレジストを請求項１乃至請求項１７のいず
れか１項に記載の装置によりマスクのデバイスパターン
の像で感光させる段階と、前記デバイスパターン像でレ
ジストを感光したウエハを現像する段階とを有するデバ
イス製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01037599A JP3278407B2 (ja) | 1998-02-12 | 1999-01-19 | 投影露光装置及びデバイス製造方法 |
| US09/247,087 US6646713B2 (en) | 1998-02-12 | 1999-02-09 | Projection exposure apparatus and device manufacturing method |
| KR1019990005154A KR100324407B1 (ko) | 1998-02-12 | 1999-02-12 | 투영노광장치 및 디바이스 제조방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2974298 | 1998-02-12 | ||
| JP10-29742 | 1998-02-12 | ||
| JP01037599A JP3278407B2 (ja) | 1998-02-12 | 1999-01-19 | 投影露光装置及びデバイス製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11297620A JPH11297620A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3278407B2 true JP3278407B2 (ja) | 2002-04-30 |
Family
ID=26345632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01037599A Expired - Fee Related JP3278407B2 (ja) | 1998-02-12 | 1999-01-19 | 投影露光装置及びデバイス製造方法 |
Country Status (3)
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|---|---|
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| JP (1) | JP3278407B2 (ja) |
| KR (1) | KR100324407B1 (ja) |
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| WO2001023933A1 (fr) | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Nikon Corporation | Systeme optique de projection |
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